基于波传播法的水下圆柱壳临界载荷-频率特性分析

基于振动的水下圆柱壳临界载荷的预报具有结构无损的优势。针对基于振动的数值仿真及振动试验预测方法存在的不足之处,提出了基于波传播法的水下圆柱壳失稳载荷的理论求解方法。建立了计及静水压力影响的水下圆柱壳固-液耦合振动方程,基于波传播方法获得耦合系统的频率方程。运用Muller三点迭代法求出水下圆柱壳的固有频率,通过线性拟合的方法求出水下圆柱壳临界载荷的弹性理论解,修正后可得到便于工程应用的临界载荷。结果对比表明了该方法的准确性,且具有方法简便、计算量小和易于参数优化的优点。

波传播法求解低频激励下水中加端板圆柱壳的振动

采用波传播法研究了低频下水中壳体的振动与响应。水中壳体由有限长加流体载荷的圆柱壳和两端的圆形端板组成,其中外部流体载荷用无限长模型进行近似处理。为了模拟推动系统的激励及船体上某一点激励,分别考虑了不同位置的轴向载荷和径向载荷,讨论了单个周向模态下的位移在总位移中的比重。主要研究了4种载荷,即作用在端板中心的轴对称载荷、作用在端板与圆柱连接处的轴向载荷、作用在连接处的径向载荷和作用在壳体中间的径向载荷,比较得出了轴对称和非轴对称、同一点不同方向载荷、同一方向不同位置载荷的响应位移的不同。此外,还研究了两端端板对不同载荷下水中壳体响应的影响,得出了端板主要抑制了壳体的较高阶模态下径向位移的结论。解析法结果与有限元法结果进行了比较,验证了该方法的正确性。

基于PZT波传播法混凝土结构损伤识别的数值模拟

为了有效利用压电陶瓷传感器进行混凝土结构局部损伤、缺陷的精细识别,并为相关试验提供理论指导,对基于压电陶瓷片(PZT)波传播法进行混凝土结构损伤识别的方法进行了数值模拟。首先分析了PZT波传播法的基本原理,并提出了基于大型有限元分析软件ANSYS的多物理场耦合分析的PZT波传播法的数值模拟方法。然后,针对表面粘贴PZT激励器/传感器并预设裂缝、孔洞损伤的混凝土梁式构件,建立了3D精细化有限元模型,分析了PZT激励器在不同激励电压幅值与频率下激发的应力波幅值衰减程度、传播时间等与混凝土梁损伤类型与程度之间的关系。结果表明:激励电压只影响波传播的幅值,且与之成正比关系;波传播能量的损耗程度与结构损伤程度成正比;激励频率对波的传播时间和能量损耗有较大的影响。根据研究数值模拟结果可建立波传播的特征值与结构损伤形式之间的初步关系,为下一步试验研究工作提供了理论指导,同时也证实了利用大型有限元分析软件对基于PZT的波传播法进行混凝土结构损伤识别的数值模拟是可行的。

基于波传播法的一维声子晶体禁带

提出用波传播法(Wave propagation method,WPM)来研究一维声子晶体的禁带特性,并将该方法与平面波展开法(Plane wave expansion,PWE)进行比较,发现PWE随着波数的增加而逐渐收敛于WPM的结果。将WPM应用于一维二元和一维四元声子晶体禁带特性的计算中,在相同计算精度下WPM的计算时间大约为PWE的1/50和1/100。当考虑到粘弹性材料的频变特性时,WPM能直接得到声子晶体的禁带特性,在相同的计算精度下WPM的计算量大约要比经过迭代改进的PWE的计算量小两个数量级。

基于PZT波传播法的混凝土内部钢筋锈蚀监测方法

为有效监测钢筋混凝土结构内部钢筋的锈蚀,提出了基于压电陶瓷(PZT)波传播法的钢筋锈蚀监测方法.首先,基于PZT波传播法对变形钢筋进行了试验研究及数值模拟,找出了应力波在无锈蚀钢筋中的传播衰减规律;然后,设计制作了18个钢筋混凝土试件,在埋入每个试件中的钢筋表面相同位置粘贴PZT激励器/传感器;最后,对试件进行电化学快速锈蚀,并在试件锈蚀过程中,对其进行PZT测试,来追踪锈蚀对应力波传播特性的影响.结果表明:钢筋锈蚀严重影响应力波的传播衰减规律,传感器接收到的信号幅值与钢筋锈蚀率之间呈二次函数的关系.

梁结构时变物理参数在线识别的谐波传播法

组合梁结构在运动状态下其连接处的物理参数不断变化,导致结构的动态特性也不断发生变化。为了研究组合梁结构在运动状态下的非平稳动态特性以达到对结构振动进行实时控制的目的,必须对结构连接处的物理参数进行在线跟踪辨识。本文在现代谐波识别技术的基础上提出时变系统谐波频率与振型的在线识别算法,并利用波传播方法计算出连接处的力与位移向量,再由连接处位移连续与力平衡条件求得连接处的动刚度,进而求得结构连接处的刚度与阻尼。由于该方法可以简化测试节点,所以可以节省测试成本。仿真算例表明该方法具有良好的跟踪能力与较高的计算精度。

基于PZT波传播法的钢-UHPC桥面板脱空识别研究

为了测试PZT波传播法对钢-UHPC轻型组合桥面板界面脱空识别的有效性,分别进行了数值分析和试验进行脱空识别。利用ANSYS对钢-UHPC薄板不同厚度脱空进行了数值模拟,分析了不同激励电压幅值和频率下信号波幅值衰减程度,结果表明激励电压与波传播幅值呈线性关系,激励频率对波的能量损耗有较大关系,得到试验测试敏感频段范围;浇筑了具有不同厚度脱空的钢-UHPC薄板,并在试件脱空处两侧对称粘贴PZT,使用信号发生器产生激励信号,由接收仪器测量压电信号,通过分析信号能量、幅值并引入损伤指数。分析表明损伤指数随着脱空厚度增大而增大,且可初步确定损伤大小。PZT波传播法为今后测试钢-UHPC界面粘结状况提供了有效方法。

基于波传播法的钢-UHPC组合结构脱粘损伤识别研究

钢-UHPC组合结构作为一种新型结构,其交界面通过栓钉紧密结合,以保证二者协同受力。在实际应用中,若钢-UHPC界面发生脱粘损伤,将不可避免地影响结构使用性能。基于波传播法的PZT测试技术是一种简单有效的现场无损测试方法,可用于钢-UHPC界面脱粘等微小缺陷的检测。设计了钢-UHPC组合梁模型,运用波传播法对实验梁的负弯矩加载历程进行了监测,通过分析接收信号幅值等特征参数,对加载历程中的局部界面脱粘损伤进行了识别,结果表明,波传播法能够较好地识别出钢-UHPC界面脱粘损伤。

用波传播方法分析复合材料层合圆柱壳的振动

用一阶剪切变形理论获得复合材料层合圆柱壳的运动微分方程,再应用波传播方法分析其自由振动的频率。通过比较,本文的计算方法所得的结果与文献[5]比较吻合。本文还研究了几种壳体参数对圆柱壳自由振动频率的影响。h/R的比值对频率影响当周向模态n=3时较大,n=2时次之,n=1时较小。E1/E2的比值越大,频率越大。辅层的角度在n较小时对频率的影响不大,在n比较大时,角度越小影响越大。

波传播方法在任意边界杆梁结构振动中的应用

采用波传播方法对任意边界杆梁结构的振动特性进行了研究。并且通过设置边界弹簧系数为零或无穷大可以得到所有的传统边界条件。杆梁位移被表示为包含波数的波传播形式。得到了一个由不同支撑和连接刚度边界的三跨梁结果,并且与文献进行了比较。同时,设计了一个被人为断开成两段刚性耦合的悬臂杆梁模型,及一个直角耦合两端固支杆梁模型。通过与ANSYS模型所得结果的对比验证了方法的正确性。

基于波传播法的周期复合板振动带隙衰减特性研究

运用波传播法对有限和无限周期对边简支复合板的振动带隙衰减特性进行了研究.在建立相邻板结构边界连续方程的基础上,分别运用传递矩阵和Bloch定理建立了有限和无限周期复合板的耦合运动方程,并详细对比分析了有限和无限周期复合板带隙衰减特性的关联关系.研究表明:周期板结构的振动带隙频率范围与激励方式和激励位置是相关的,若周期复合板在宽度方向按某阶模态进行线激励,则该激励下的振动带隙与无限周期复合板在该阶模态下的振动带隙是一致的;若周期板在点激励作用,则该点激励下的振动带隙是参与振动的各阶模态振动带隙的交集.此外,还进一步研究了结构阻尼对振动衰减带隙的影响.

基于波传播方法的边界条件对圆柱壳振动特性的影响分析

在波传播分析方法基础上,采用一种改进傅立叶级数的方法建立了弹性约束边界条件下圆柱壳结构模态分析模型,结合模态叠加理论,给出了圆柱壳结构在任意径向点力激励下的振动响应。通过与商业分析软件ANSYS的结果比较验证了本文方法的高效性与精确性,随后详细分析了边界约束刚度对圆柱壳结构自由振动特性和结构振动响应的影响,并给出了刚度影响的一般性规律。

水下环肋圆柱壳弹性失稳临界载荷无损预报方法

基于振动的水下环肋圆柱壳临界载荷的预报具有结构无损的优势。以Flügge壳体理论和基于正交各向异性理论的环肋圆柱壳自由振动方程为基础,运用波传播法得出耦合系统的频率方程,并求出对应外压下的固有频率,通过最小二乘法线性拟合获得临界载荷、外压及固有频率的关系表达式。绘图得知任意边界的同一模态下,水下环肋圆柱壳的固有频率平方与静水压力成正比。结构失稳时,刚度丧失,固有频率降为零,据此求出水下环肋圆柱壳的最小弹性临界载荷。分析了不同边界条件对环肋圆柱壳临界载荷的影响,得知边界约束越强,环肋圆柱壳的临界载荷越大。结果对比表明了本方法的正确性,为水下环肋圆柱壳的固有频率及临界载荷的理论计算提供了一种新的方法。

结构噪声核心价值与理论逻辑解读 第三部分:WPA法与机理分析

[目的]波传播分析法也称WPA法,在分析混合动力系统(如浮筏)中弹性波的抵消机制方面具有独特的优点。[方法]基于WPA法,从振动微分方程和弹性波的传播、反射视角解析结构噪声。[结果]分析表明:WPA法使研究者能够从表观参数(如振动加速度)进入内核参数(弹性波),深层剖析振动能量的注入、传导以及波与声辐射之间的因果关系。WPA法可嵌入谐力相位表达,能够研究多源抵消机制;由于采用指数型函数,方程的推导具有规律性和规整性,适合工程技术人员开展深入的机理分析。[结论]从"复杂系统"到"简单系统"抽象,WPA法更容易发现共同性和关键性的一般科学规律,从而实现系统动力学性能的极致设计。

固体绝缘介质中空间电荷分布测量技术及其在电气工业中的应用

高压直流输电应用广泛、前景开阔,然而电缆材料内部空间电荷的存在成为了限制其发展的难点之一。为此综述介绍了固体绝缘电介质中空间电荷分布测量技术的历史发展过程,并详细介绍了主要的3种非破坏性实验方法的物理模型与实验技术,包括压力波传播法(PWP法)、电声脉冲法(PEA法)、热扩散法(TSM法)等。并针对不同的绝缘试样介质(例如平板、同轴圆柱等),详细介绍了各种方法的物理原理与具体测量技术。PWP法和PEA法的实验技术已经基本定型,并已经发展出了可在实际工业应用的真实长电缆空间电荷的测量技术。热扩散法相对应用较少,主要介绍了适于较厚介质的热阶跃法及其数据处理和实验难点。然后比较了这几种方法的特点,并分析讨论了目前所存在的主要问题,最后对于空间电荷测量技术的前景与发展趋势作了一些展望与猜测。

近水面状态有限长圆柱壳振动特性分析

基于波传播方法和镜像法,建立了近水面状态圆柱壳-声场耦合模型,并采用数值方法求解耦合系统的特征方程,得到了近水面状态圆柱壳的模态频率。理论分析结果与现有实验测量结果及有限元仿真结果的良好吻合验证了本文理论方法的有效性。数值分析表明:自由液面的存在使得水下圆柱壳结构的模态频率较对应模态下理想全浸没状态结构的模态频率明显增大;随着潜深的增加,自由液面对水下圆柱壳模态频率的影响逐渐减小,当潜深大于4倍壳体半径时,自由液面的影响可以忽略。

水下圆锥壳临界载荷-频率特性分析

针对基于振动的数值仿真、振动实验预测方法的不足,基于振动的水下圆锥壳临界载荷预报具有结构无损的优势,提出了基于波传播法的水下圆锥壳失稳载荷的理论求解方法。通过建立静水压力下圆锥壳声-固耦合振动方程,并使用波传播法和Galerkin法求解不同静水压下的频率特性。在处理耦合面处流体声载荷时将锥壳分解为多个柱壳微段的流体载荷的叠加。通过对水下圆锥壳的固有频率和静水压力的关系研究,得出静压与固有频率平方近似呈线性关系这一重要结论,并通过线性拟合求出临界载荷。结果对比证实了方法的正确性,且具有简便、计算量小、易于参数优化的优点。

基于嵌入压电技术的钢管核心混凝土缺陷检测

钢管混凝土构件核心混凝土缺陷影响到其延性和承载力。利用自制的嵌入式压电功能元,该文提出了基于压电陶瓷应力波测量与分析的核心混凝土缺陷监测方法。通过对比不同状态简谐激励下测量信号幅值和扫频激励下小波包能量的差异,定义了基于测量信号幅值和小波包能量的损伤指标。结果表明,利用所提出的嵌入式压电技术和所定义的损伤指标,有效地识别了钢管混凝土构件的核心混凝土损伤,损伤指标对损伤程度敏感。

粘性流场中圆柱壳结构的频散特性分析

以往的文献在分析流场中圆柱壳的声振特性时,往往将流场简化为理想状态,忽略了粘性的影响。以浸没在粘性流场中的无限长弹性薄圆柱壳为研究对象,研究了流体粘性对频散特性的影响规律。首先,分别用Flügge薄壳理论和势函数方法分析壳体结构振动和外部流体声场。然后,通过壳壁外表面的运动协调条件,建立此耦合系统的声振耦合方程,进而采用Winding-Number围线积分法搜索求根,重点求取和分析了粘性流场中无限长弹性薄圆柱壳的频散曲线,并与理想流体中的特性作了对比,得出了一些有价值的结论,有助于理解粘性的影响及程度。

基于嵌入压电技术的钢管核心混凝土缺陷检测

钢管混凝土构件核心混凝土缺陷影响到其延性和承载力。利用自制的嵌入式压电功能元，该文提出了基于压电陶瓷应力波测量与分析的核心混凝土缺陷监测方法。通过对比在不同状态的简谐激励下测量信号幅值和扫频激励下小波包能量的差异，定义了基于测量信号幅值和小波包能量的损伤指标。结果表明，利用提出的嵌入式压电技术和定义的损伤指标，有效地识别了钢管混凝土构件的核心混凝土损伤，损伤指标对损伤程度敏感。